成立于2007年的中升鋼鐵，具備年產(chǎn)120萬(wàn)噸鐵、170萬(wàn)噸鋼（優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼坯）、100萬(wàn)噸棒材和100萬(wàn)噸高速線(xiàn)材的生產(chǎn)能力，采用“轉(zhuǎn)爐煉鋼、連鑄連軋、一火成材”的全連軋生產(chǎn)工藝，裝備工藝技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
轉(zhuǎn)型升級(jí)的第一步是要確定方向。冶煉工序生產(chǎn)成本是影響噸鋼效益的關(guān)鍵因素，而在鋼鐵冶煉工序中，原燃料配比方案是非常關(guān)鍵的一步。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，中升鋼鐵了解到杉數(shù)科技的全局優(yōu)化方案，雙方很快達(dá)成合作，確定了以原燃料配比優(yōu)化為突破口，帶動(dòng)采購(gòu)決策和生產(chǎn)配料決策的全局決策優(yōu)化方案。
深入場(chǎng)景 把脈運(yùn)營(yíng)決策三大痼疾
與杉數(shù)科技合作之前，中升鋼鐵的生產(chǎn)、采購(gòu)、市場(chǎng)等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，各部門(mén)僅在業(yè)務(wù)范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，原燃料選礦配比、采購(gòu)策略和生產(chǎn)計(jì)劃都以人工經(jīng)驗(yàn)決策為主。隨著供應(yīng)鏈和市場(chǎng)需求的不確定性增加，依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行決策的難度增加，很多難以看見(jiàn)的成本被忽略，預(yù)計(jì)產(chǎn)出與實(shí)際產(chǎn)出、預(yù)計(jì)收益與實(shí)際收益偏差很大。要改變這種局面，必須破除數(shù)據(jù)、協(xié)同性和效率等三大關(guān)鍵問(wèn)題。
一是數(shù)據(jù)依靠人工統(tǒng)計(jì)，協(xié)同效率低。鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)基本依靠人工統(tǒng)計(jì)，各個(gè)場(chǎng)景產(chǎn)生的數(shù)據(jù)未被有效利用。在運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，信息傳輸主要依靠電話(huà)、微信等工具，很多工作無(wú)法量化，運(yùn)營(yíng)管理效率低。
比如，各礦石的成分、品位等數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)過(guò)程用料情況為線(xiàn)下手工統(tǒng)計(jì)，信息不清晰，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。當(dāng)有新的訂單產(chǎn)生需要采購(gòu)原料時(shí)，采購(gòu)員在數(shù)據(jù)整理及校對(duì)環(huán)節(jié)耗時(shí)在2天以上，工藝員需要根據(jù)不同礦石品位調(diào)整生產(chǎn)可執(zhí)行參數(shù)，耗時(shí)1天左右，最終決策計(jì)算也需要1天左右，如此計(jì)算下來(lái)，從訂單產(chǎn)生到確定原料采購(gòu)方案大約要耗時(shí)1周，整體交付周期較長(zhǎng)，而且人工統(tǒng)計(jì)和計(jì)算可能存在誤差，會(huì)影響最終的決策結(jié)果。
二是決策依靠人工經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)性。高度依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)的決策方式已經(jīng)不再適應(yīng)復(fù)雜多變的市場(chǎng)。一方面，原燃料品種多達(dá)數(shù)百種，人工無(wú)法把所有的約束都考慮進(jìn)去，也無(wú)法對(duì)所有可能性組合進(jìn)行分析，決策具有片面性；另一方面，原燃料品質(zhì)與市場(chǎng)變化日新月異，人工決策無(wú)法快速響應(yīng)，可能會(huì)造成不必要的浪費(fèi)或丟失市場(chǎng)機(jī)會(huì)。
原燃料在不同工藝環(huán)節(jié)的配比選擇性很多，科學(xué)來(lái)看，在燒結(jié)/球團(tuán)、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼三大核心環(huán)節(jié)，人工決策存在明顯的不足。在燒結(jié)/球團(tuán)環(huán)節(jié)，需要將不同的礦粉、返礦、燃料等原料進(jìn)行組合，確定每種原料的用量范圍。假如利用人工Excel檢核，大約5秒判斷一種，找出市場(chǎng)不同種類(lèi)礦粉的所有可行組合需要超過(guò)1年的持續(xù)嘗試。在高爐煉鐵環(huán)節(jié)，對(duì)鐵水產(chǎn)量、原料投入量、爐渣脫硫、焦炭/煤粉等使用量、礦石比例等都有非常嚴(yán)格的要求。焦炭、煤粉、廢鋼、富氧投入有上萬(wàn)種可能方案組合，綜合計(jì)算復(fù)雜度萬(wàn)億量級(jí)起步，已經(jīng)超越傳統(tǒng)計(jì)算范疇。在轉(zhuǎn)爐煉鋼環(huán)節(jié)，需將鐵水和鋼坯、廢鋼等進(jìn)行混合加工。其中要考慮鋼坯產(chǎn)量、廢鋼比例、鐵水成本等約束，求解規(guī)模大，人工計(jì)算分析效率低。
三是采銷(xiāo)數(shù)據(jù)斷層，收益預(yù)測(cè)不精準(zhǔn)。鋼鐵企業(yè)收益由生產(chǎn)成本和產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格共同決定，但由于生產(chǎn)、采購(gòu)和銷(xiāo)售各模塊互相割裂，很多影響因素被忽略，導(dǎo)致企業(yè)收益預(yù)測(cè)和實(shí)際達(dá)成情況偏差較大。舉例來(lái)說(shuō)，銷(xiāo)售額的增加意味著更高的原燃料成本、運(yùn)輸成本、能源消耗、人力成本等，如果只考慮營(yíng)業(yè)額和原料采購(gòu)成本，收益預(yù)測(cè)就會(huì)偏高。
以上問(wèn)題不僅是中升鋼鐵面臨的難題，也是很多鋼鐵企業(yè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀的真實(shí)寫(xiě)照。為此，中升鋼鐵和杉數(shù)科技雙方項(xiàng)目人員深入場(chǎng)景挖掘問(wèn)題點(diǎn)，精益求精地打磨每一個(gè)環(huán)節(jié)的方案設(shè)計(jì)和實(shí)施，最終構(gòu)建的智能采銷(xiāo)平臺(tái)于2021年12月正式上線(xiàn)。
破除壁壘 鑿?fù)◤臄?shù)據(jù)到?jīng)Q策的智能通衢
通過(guò)對(duì)生產(chǎn)流程和業(yè)務(wù)場(chǎng)景的深入研究分析，中升鋼鐵和杉數(shù)科技擬定了數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑：從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)入手，通過(guò)數(shù)據(jù)整合、算法建模和優(yōu)化求解，幫助中升鋼鐵打造數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的采銷(xiāo)智能決策平臺(tái)。該平臺(tái)可以結(jié)合原燃料成本與鋼材市場(chǎng)價(jià)格快速計(jì)算和決策，給出滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的原料配比方案，實(shí)現(xiàn)成本最小化和收益最大化。
方案主要包括以下幾大模塊：
構(gòu)建基礎(chǔ)原料數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)系統(tǒng)采購(gòu)員隨時(shí)錄入原料成分?jǐn)?shù)據(jù)和市場(chǎng)價(jià)格數(shù)據(jù)（系統(tǒng)支持手工錄入、Excel表格導(dǎo)入和系統(tǒng)集成），讓企業(yè)數(shù)據(jù)收集實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和實(shí)時(shí)化。這些數(shù)據(jù)可以作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)，將為決策算法提供輸入值。
構(gòu)建工廠(chǎng)及工藝模型。以中升鋼鐵的實(shí)際生產(chǎn)工藝和運(yùn)營(yíng)情況構(gòu)建工廠(chǎng)及工藝模型。工廠(chǎng)模型可以根據(jù)不同區(qū)域或者不同工廠(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，以維護(hù)車(chē)間、設(shè)備的基本信息，如燒結(jié)、球團(tuán)投入產(chǎn)出量，高爐投入產(chǎn)出量，轉(zhuǎn)爐投入產(chǎn)出量等信息。工藝模型包括工藝定義、約束配置和產(chǎn)品策略設(shè)置，主要是對(duì)工藝流程進(jìn)行定義，并設(shè)置影響決策的約束上下限，包括燒結(jié)約束、球團(tuán)約束、煉鐵約束、煉鋼約束；同時(shí)，設(shè)置實(shí)際生產(chǎn)工藝中入爐原料的最佳投入比例。
構(gòu)建智能采銷(xiāo)決策平臺(tái)。從全局視角構(gòu)建生產(chǎn)成本的算法模型。在原燃料配比選礦方面，綜合考慮種類(lèi)、成分、質(zhì)量、價(jià)格等因素，同時(shí)考慮原燃料質(zhì)量對(duì)燒結(jié)設(shè)備、高爐產(chǎn)量、能耗、成本等的影響，并協(xié)同考慮采購(gòu)、生產(chǎn)、市場(chǎng)等各經(jīng)營(yíng)指標(biāo)的相互作用及變化趨勢(shì)。在預(yù)設(shè)產(chǎn)能要求的條件下，尋求最低成本的原料配比方案，在滿(mǎn)足約束條件下達(dá)成利潤(rùn)最大化。同時(shí)，通過(guò)多場(chǎng)景仿真模擬，收集使用當(dāng)前工藝約束/生產(chǎn)成本/經(jīng)營(yíng)成本等信息，做出最優(yōu)化產(chǎn)銷(xiāo)決策及不同場(chǎng)景下的備用方案供企業(yè)決策者使用。
通過(guò)以上幾大模塊，可以將鋼鐵冶煉過(guò)程中的各個(gè)因素綜合考慮，得出最優(yōu)的配比方案。具體運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，采購(gòu)員可及時(shí)同步市場(chǎng)上原材料的成分及價(jià)格信息，供相關(guān)決策者了解市場(chǎng)行情變動(dòng)；工藝員可及時(shí)同步各項(xiàng)工藝的指標(biāo)參數(shù)要求，并可以使用決策軟件得出最優(yōu)生產(chǎn)配比；決策者通過(guò)查看原料成分價(jià)格趨勢(shì)和產(chǎn)品成分價(jià)格趨勢(shì)，比對(duì)系統(tǒng)給出的多版本采購(gòu)決策方案，做出最優(yōu)的采購(gòu)決策。
由點(diǎn)到面 為企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型多維賦能
對(duì)于中升鋼鐵來(lái)說(shuō)，打造采銷(xiāo)智能決策平臺(tái)是一項(xiàng)立足當(dāng)下、面向未來(lái)的重要工程，在鋼鐵生產(chǎn)優(yōu)化上實(shí)現(xiàn)了三大突破。
第一，以利潤(rùn)最大化為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化，可全面提升資源利用率，降低鋼鐵生產(chǎn)成本。此前，鋼鐵企業(yè)在解決類(lèi)似決策優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，僅能覆蓋部分工藝流程，而中升鋼鐵將全流程多工藝串聯(lián)進(jìn)行綜合決策優(yōu)化，是從點(diǎn)到面的創(chuàng)新突破，得出的配比方案不會(huì)局限于某個(gè)單一因素。從整體效果來(lái)看，相較于人工決策，每噸鐵水成本節(jié)約2.3%，每噸鋼坯成本節(jié)約1.8%。
第二，大幅提升了求解和決策速度，解決了之前通過(guò)人工無(wú)法計(jì)算和量化的問(wèn)題。對(duì)于一般決策求解問(wèn)題，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)1分鐘集成信息、1分鐘快速計(jì)算、1分鐘對(duì)比決策、5分鐘內(nèi)做出決策。進(jìn)一步來(lái)看，求解和決策效率的提升可以幫助企業(yè)敏捷響應(yīng)市場(chǎng)變化，強(qiáng)化運(yùn)營(yíng)管理柔性和提升抗風(fēng)險(xiǎn)能力。當(dāng)原料和市場(chǎng)需求出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)，企業(yè)可以針對(duì)不同情景，實(shí)現(xiàn)快速模擬仿真，做出最優(yōu)采購(gòu)決策：如果短期內(nèi)需求驟增，可保障最大產(chǎn)量；如果短期內(nèi)需求驟減，可保障最低生產(chǎn)要求。
第三，消除了多工廠(chǎng)、多部門(mén)、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鴻溝，實(shí)現(xiàn)全局協(xié)同運(yùn)營(yíng)以及精細(xì)化、透明化管理。借助一體化平臺(tái)，可降低數(shù)據(jù)錯(cuò)誤帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，將粗放式運(yùn)營(yíng)決策升級(jí)為精細(xì)化運(yùn)營(yíng)決策，讓決策、計(jì)劃和執(zhí)行高度聯(lián)動(dòng)和統(tǒng)一，進(jìn)而提升整體生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)履約水平。
除原燃料配比優(yōu)化外，杉數(shù)科技提供的智能決策解決方案覆蓋鋼鐵生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)能優(yōu)化、物流運(yùn)輸、節(jié)能減碳、碳素流模型優(yōu)化、電力分配等多個(gè)場(chǎng)景。隨著中升鋼鐵一期項(xiàng)目的順利上線(xiàn)，未來(lái)雙方還將深化合作，將智能決策技術(shù)應(yīng)用到更多鋼鐵生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景中，為鋼鐵企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型注入更多活力。